激光熔覆制备Fe基Al2O3复合涂层

随着大功率激光器被引入工业应用,激光熔覆技术得到了迅猛发展,现已成为一种改善材料表面性能的有效手段。伴随激光熔覆技术的发展,激光熔覆材料也由原先的合金材料向陶瓷材料乃至合金-陶瓷复合材料方向发展。特别是陶瓷-合金熔覆材料,近年来得到了业界的广泛关注。合金-陶瓷复合材料在激光熔覆过程中合金粉末充当粘结相,陶瓷粉末充当硬质相,最终生成包覆型或非完全包覆型的激光熔覆层。这种复合熔覆层具有鲜明的特点:致密且无缺陷,既保留了金属的韧性,又具备了陶瓷材料的耐磨损、耐腐以及抗氧化的特性。本文主要从数值模拟和实验两方面入手,对Fe基Al2O3复合涂层的制备和性能进行了研究。具体研究内容包括:（1）根据激光熔覆粉末的设计原则,结合实际激光熔覆经验,设计了三种Al2O3含量在3%、5%、8%的Fe基Al2O3复合粉末。针对所设计的粉末,对激光功率、扫描速度、搭接率等激光熔覆工艺进行了探索研究,最终确定了一套适合Fe基Al2O3复合粉末进行熔覆的工艺参数。（2）采用ANSYS有限元软件,对激光熔覆Fe基Al2O3复合粉末进行数值模拟,模拟求解了熔覆过程中的温度场和应力场。（3）根据试验所确定的工艺参数,采用激光熔覆结合激光重熔的复合工艺,分别在45钢实心轴、45钢板材上制备Fe基Al2O3复合涂层。在得到最终涂层后,对涂层的宏观形貌与微观组织形态进行了对比研究,探究了不同Al2O3含量对Fe基Al2O3复合涂层宏观形貌和微观组织的影响。最后对Fe基Al2O3复合涂层进行相关性能实验。研究了该复合涂层的显微硬度、抗拉强度、冲击韧性、以及耐磨性能,从而论证Fe基Al2O3复合粉末对于熔覆层性能的改善作用。